2.1 Разработка схемы распределения электроэнергии.

При разработке схемы генерирования и распределения электроэнергии используют следующие исходные данные: число и типы генераторных агрегатов, число и мощность ответственных и малоответственных приемников электроэнергии, мощность потребляемую приемниками в эксплуатационных режимах работы судна, расположение на судне генераторных агрегатов, распределительных щитов и приемников, число и мощность приемников, подключенных к ГРЩ и вторичным РЩ.

При проектировании судовой электрической станции и разработке схемы генерирования и распределения электроэнергии предъявляют следующие требования:

- бесперебойное снабжение качественной электроэнергией необходимое количество во всех эксплуатационных режимах судна;

- быстрый ввод в действие и прием нагрузки ГА;

- резервирование мощности генераторных агрегатов в соответствующих режимах;

- минимальное число переключений при переходе с одного режима работы судна на другой;

- равномерное распределение нагрузки между генераторными агрегатами;

- визуальный или автоматический контроль за состоянием параметров элеткрической энергии, загрузкой генераторов, сопротивлением изоляции электрооборудования, работой сигнализации;

- защита элементов и участков судовой сети при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения;

- применение унифицированных элементов блоков на единой элементной базе.

Схема должна включать в себя следующие основные узлы:

- коммутационно-защитную аппаратуру источников и приемников электроэнергии,

- аварийные генераторные агрегаты с аварийным РЩ,

- вторичные распределительные щиты.

2.2 Расчет электрической сети.

Электрическая энергия, производится генераторами, передается потребителям по кабелям и проводам.

Совокупность кабелей и проводов на судне образуют электрическую сеть.

В зависимости от назначения, места прокладки и условий работы электрооборудования на суднах, применяют кабели следующих основных марок:

1. Для силовой и осветительной аппаратуры или неподвижной прокладке – КНР, КНРП, СРМ, КБН, КБНЭ, при подвижной прокладке – НРШМ, РШМ.

2. Для цепей управления, внутрисудовой связи при неподвижной прокладке – КНРТ, КНРТП, КНРТЭ, КНРЭТП, КСМ, КСМЭ, КСМТ, КСМТЭ, КСМЭТ, КСМЭТЭ.

При расчете электрической сети следует учитывать режимы работы кабеля (длительный, кратковременный или повторно-кратковременный), температуру окружающей среды, способ и место прокладки кабеля, условия его работы.

Вначале определяются расчетные токи кабелей.

Расчетный ток кабеля соединяющего генератор с ГРЩ определяется по следующим формулам:

I_р.г.= ,

где Р_н.г. – номинальная мощность генератора, кВт,

U_н.г - номинальное напряжение генератора, В

сosφ_н – номинальный коэффициент мощности генератора.

Подставив значения рассчитаем ток кабеля:

I_р.г.= = 541 А

Расчетные токи кабелей, соединяющих отдельные потребители с распределительными щитами находят из следующих выражений:

I_р.п.= ,

где Р_н.п. – номинальная мощность на валу потребителя,

U_н.п. – номинальное напряжение потребителя (сети),

сosφ_н.п. – номинальный коэффициент мощности потребителя,

η – КПД потребителя,

К_з – коэффициент загрузки потребителя.

Для рулевого устройства:

Расчетный ток кабеля распределительного щита, питающего группу потребителей, находят у выражения:

I_р.РЩ=К₀*√∑I_ai²+∑I_рi²,

Где I_ai – активный ток i-го потребителя,

I_pi – реактивный ток i-го потребителя,

К₀ – коэффициент одновременной работы приемников.

∑I_ai=I_p.п.2*cosφ+I_p.п.3*cosφ+ I_p.п.4*cosφ+I_p.п.5*cosφ

По назначению расчетного тока с учетом продолжительности работы и числа жил кабеля из таблицы допускаемых нагрузок выбирают площадь его сечения.

Нормы электрических нагрузок обычно устанавливаются для одиночнопроложенного кабеля и следующих условий:

А) температура токоведущей жилы равна длительно допустимой для данной марки кабеля,

Б) температура окружающей среды +45 ⁰С,

В) род тока переменной частотой 50 Гц,

Г) режим нагрузки длительный.

Если условия работы кабеля отличаются от указанных выше, то допустимое значение тока кабеля определяются с помощью направочных коэффициентов по формуле:

,

Где К₁ – коэффициент, учитывающий число жил кабеля,

К₂ – коэффициент, учитывающий способ прокладки кабеля,

К₃ – коэффициент, учитывающий отличие режима нагрузки кабеля от длительного,

К₄ – коэффициент, учитывающий отличие температуры окружающей среды от 45 ⁰С.

Коэффициент К₁ равен 0,85 – для двужильных кабелей; 0,70 – для трех- и четырехжильных кабелей.

Коэффициент К₂. При прокладке более шести кабеле в пучке, которые могут быть одновременно нагружены номинальным током, или при отсутствии свободного пространства между ними для циркуляции воздуха допустимые токовые нагрузки для данного сечения должны быть снижены на 15% (К₂=0,85). При прокладке не более шести кабелей в одном пучке или в один ряд с плотным прилегающим друг к другу, или при прокладке кабелей в два ряда, независимо от количества кабелей в ряду, при условии, что между пучком или группой из шести кабелей имеется свободное пространство для циркуляции воздуха (К₂=1).

Коэффициент К₃. Для длительного режима К₃=1, для повторно-кратковременного К₃=1,5, для кратковременного К₃=1,25.

Коэффициент К₄=1.

Исходя из I_доп. Выбирают сечения жил кабеля.

В отдельных случаях при повышенных нагрузках и линиях большой длины может отказаться, что при сечении выбранного кабеля, потеря напряжения в линии превышает допустимой нормы. Поэтому кабели, предназначенные для прокладки в больших длинах, а также для работы на повышенных нагрузках в аварийных режимах, необходимо проверять на потерю напряжения.

Согласно требованиям правил регистра РФ величина падения(потери) напряжения в сети недолжна превышать следующих значения:

1. Падение напряжений на кабеле, соединяющим генераторы ГРЩ или АРЩ не должно превышать 1% номинального напряжения.

2. Падение напряжения между сборными шинами ГРЩ или АРЩ и любыми точками установки при нормальных условиях работы не должно превышать 6% номинального напряжения.

3. Кабели, служащие для питания электрических двигателей переменного тока с прямым пуском, должны быть рассчитаны, чтогбы падение напряжения на клеммах двигателя в момент пуска не превышало 25% номинального напряжения.

Потеря напряжения определяется по формуле:

где I_р – расчетный ток, А,

V – номинальное напряжение сети, В

V_л – линейное напряжение линии, В,

R – активное сопротивление одной токопроводящей жилы кабеля при номинальной температуре до 65 ⁰С,

X – индукциоенное электрическое сопротивление, приведенное к одной токопроводящей жиле кабеля, Ом/м.

R=L/I*S,

Где L – длина кабеля, S – сечение кабеля, Y – удельная токопроводимость меди 48*10⁶ Ом/м

Индуктивное электрическое сопротивление может быть рассчитано по формуле:

X=2*π*а*(0,46*lg(D/r₁)+0,05)*10⁶, Ом/м

где D – расстояние между основными линиями соседних токопроводящих жил ≈8,5 мм.

r=√S/π

Рассчитываем падение напряжения:

Выбор предохранителей.

В курсовом проекте применение предохранителей возможно в цепях без двигателей (цепи освещения, отопительные приборы и др.) и в цепях двигателей малой мощности.

Вначале выбирают плавкую вставку, а затем патрон.

Для защиты сетей со статической нагрузкой, в которых не возникают пусковые токи (освещение, отопление, сигнализация) плавкую вставку выбирают по условию:

I_{ном.пл.в.}≥ I_ном.

Где I_{ном.пл.в.} – номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;

I_ном. – номинальный ток потребителя (фидера), А.

I_{ном.пл.в.1}>85 А = 100 А (тип ПР-2)

I_{ном.пл.в.2}>45 А = 60 А (тип ПР-2)

Номинальный ток выбираемого патрона предохранителя определяют номинальному току выбранной плавкой вставки с соблюдением следующих условий:

I_п≥I_ном; V_п≥V_ном.

Где I_п – номинальный ток выбираемого патрона,

V_п - номинальное напряжение выбираемого патрона,

I_ном. – номинальный ток защищаемого участка цепи,

V_ном – номинальное напряжение.

I_п1>85 А = 100 А

V_п1≥220 В = 220 В

V_п2≥220 В = 220 В

I_п2>45 А = 60 А

Выбор автоматических выключателей.

Выбор автоматических выключателей по рабочему току аналогичен выбору предохранителей.

Вначале выбирают номинальный ток максимального расцепителя, а затем – номильный ток выключателя.

Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей I_ном.р. включенных в различные питающие фидеры выбирают по расчетным рабочим токам I_расч. Исходя из условий: I_нап.р.≥I_расч.